CN111175380A - 一种参量阵声波与激光散斑检测系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种参量阵声波与激光散斑检测系统及其方法，包括用于在被测物体上形成光斑的激光光源、用于输出扫频信号的控制主机、用于将扫频信号转化成超声波调制信号并将超声波调制信号发射到空气中还原发声后与被测物体发生共振的参量阵模块、用于拍摄被测物体上的光斑图像的相机，控制主机分别与参量阵模块、相机连接。本发明可对大部分物体（不限类型和表面）进行非接触式无损检测，检测物体表面以下的物体、损伤等；具有系统简单、准确性高、检测效率高、便携、适用性广等优点，在工业、农业、建筑业等行业中均有应用场景，应用前景广阔。

Description

一种参量阵声波与激光散斑检测系统及其方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其是涉及一种参量阵声波与激光散斑检测系统及其方法。
背景技术
无损检测Nondestructive Testing，NDT是一门涉及多学科的综合性应用技术，它以不损害被检测对象的使用性能为前提，应用多种物理原理和化学现象，对各种工程材料、零部件、结构件进行有效地检验和测试，借以评价它们的连续性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。无损检测技术是现代工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反应了一个国家的工业发展水平，其重要性已得到世界范围内广泛公认。
作为五大常规无损检测方法之一的超声检测技术UT，目前已被广泛地应用于现代工业领域和高科技产业之中，诸如材料工业、机械工业、石油化工、水文地质和宇航、能源等领域，并在金属探伤、距离测量、厚度测量、海洋探查与开发、无损检测与评价、医学诊断等领域发挥着不可取代的作用。超声波的波长比一般声波短，具有较好的方向性，且能穿透透明和不透明的物质。与其它常规检测技术相比，超声检测技术具有检测范围广，检测深度大；缺陷定位准确，灵敏度高；成本低，使用方便；速度快，对人体无害以及便于现场使用等特点。因此超声检测技术UT在五大常规检测技术中占据重要的地位，是国内外应用最广泛、使用频率最高，且发展较快的一种无损检测技术。
现有的超声无损探物技术，用压电晶体的逆压电效应，使超声波换能器发射超声波，并用耦合剂涂在被测物体表面，再利用正压电效应，让接收的换能器接收超声波回波。当被测物体表面内部有异常时，回波会出现异常，以此判断该区域有异常。
同时在专利号为CN201710705050.3的一种建筑钢结构超声检测装置中，公开了激光与超声结合检测的技术，但是该技术存在以下技术缺陷：一是由于超声波在空气中传输损耗大，可用距离短；二是与超声波通过空气可以发生有效共振并被检测出来的材料较少；三是现有的超声检测速度慢，效率低；四是现有的超声检测仅应用于平面物体，对于非平面物体效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种参量阵声波与激光散斑检测系统及其方法，本发明可对大部分物体（不限类型和表面）进行非接触式无损检测，检测物体表面以下的物体、损伤等；具有系统简单、准确性高、检测效率高、便携、适用性广等优点，在工业、农业、建筑业等行业中均有应用场景，应用前景广阔。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种参量阵声波与激光散斑检测系统，包括用于在被测物体上形成光斑的激光光源、用于输出扫频信号的控制主机、用于将扫频信号转化成超声波调制信号并将超声波调制信号发射到空气中还原发声后与被测物体发生共振的参量阵模块、用于拍摄被测物体上的光斑图像的相机，控制主机分别与参量阵模块、相机连接。
作为优选，参量阵模块包括用于接收扫频信号并将扫频信号和产生的超声波信号调制成超声波调制信号的参量阵主机、用于发射超声波调制信号到空气中还原发声后定向发射向被测物体的参量阵发声单元，参量阵主机分别与控制主机、参量阵发声单元连接。参量阵发声单元将超声波调制信号发射到空气中还原发声后，声音定向发射向被测物体，声音传播到被测物体上时与被测物体发生共振。
作为优选，激光头部安装有用于将激光束扩大并照射被测物体的透镜。
作为优选，还包括与控制主机连接并用于显示相机拍摄的光斑图像的显示器。
作为优选，还包括用于保存相机拍摄的光斑图像的存储器，存储器与控制主机连接。
作为优选，还包括用于打印光斑图像的打印机，打印机与控制主机连接。
一种参量阵声波与激光散斑检测方法，包括以下内容：激光光源将激光束照射向被测物体并在被测物体上形成光斑场；控制主机向参量阵模块输出扫频信号，参量阵模块接收到控制主机的扫频信号后，将扫频信号转换成超声波调制信号并将超声波调制信号发射到空气中还原发声，声音定向发射向被测物体表面，声音在被测物体上时与被测物体发生共振；相机持续拍摄光斑图像并将光斑图像发送给控制主机，控制主机将光斑图像显示在显示器上，当声音与被测物体发生共振时，查看光斑图像可以得知被测物体是否存在损伤。
作为优选，参量阵模块包括用于接收扫频信号并将扫频信号和产生的超声波信号调制成超声波调制信号的参量阵主机、用于发射超声波调制信号到空气中还原发声后定向发射向被测物体的参量阵发声单元，参量阵主机分别与控制主机、参量阵发声单元连接；
控制主机向参量阵主机输出扫频信号，参量阵主机接收到控制主机的扫频后，将扫频信号和产生的超声波信号调制成超声波调制信号，参量阵主机将超声波调制信号发送给参量阵发声单元，参量阵发声单元接收到参量阵主机的超声波调制信号后，参量阵发声单元将超声波调制信号发射到空气中还原发声并将还原发声的声音定向发射向被测物体，声音传播到被测物体上时与被测物体发生共振。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明可对大部分物体（不限类型和表面）进行非接触式无损检测，检测物体表面以下的物体、损伤等；具有系统简单、准确性高、检测效率高、便携、适用性广等优点，在工业、农业、建筑业等行业中均有应用场景，应用前景广阔。
2、本发明的参量阵模块通过超声波还原出可听声，在空气中传播距离明显远于超声波；
3、本发明通过散斑检测方式，检测面积大，检测效率高；
4、本发明无需耦合剂，不挑检测物体；可使用可听声的频率范围，共振的材料范围广，同时不受表面类型限制。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图中：1、控制主机，2、参量阵模块，21、参量阵主机，22、参量阵发声单元，3、激光光源，31、透镜，4、相机，5、显示器，6、打印机，7、存储器，8、被测物体。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明一种参量阵声波与激光散斑检测系统，包括用于在被测物体8上形成光斑的激光光源3、用于输出扫频信号的控制主机1、用于将扫频信号转化成超声波调制信号并将超声波调制信号发射到空气中还原发声后与被测物体8发生共振的参量阵模块2、用于拍摄被测物体8上的光斑图像的相机4，控制主机1分别与参量阵模块2、相机4连接。
参量阵模块2包括用于接收扫频信号并将扫频信号和产生的超声波信号调制成超声波调制信号的参量阵主机21、用于发射超声波调制信号到空气中还原发声后定向发射向被测物体8的参量阵发声单元22，参量阵主机21分别与控制主机1、参量阵发声单元22连接。
激光头部安装有用于将激光束扩大并照射被测物体8的透镜31。还包括与控制主机1连接并用于显示相机4拍摄的光斑图像的显示器5。还包括用于保存相机4拍摄的光斑图像的存储器7，存储器7与控制主机1连接。还包括用于打印光斑图像的打印机6，打印机6与控制主机1连接。
一种参量阵声波与激光散斑检测方法，其特征在于：包括以下内容：激光光源3将激光束照射向被测物体8并在被测物体8上形成光斑场；
控制主机1向参量阵模块2输出扫频信号，参量阵模块2接收到控制主机1的扫频信号后，将扫频信号转换成超声波调制信号并将超声波调制信号发射到空气中还原发声，声音定向发射向被测物体8表面，声音在被测物体8上时与被测物体8发生共振；
相机4持续拍摄光斑图像并将光斑图像发送给控制主机1，控制主机1将光斑图像显示在显示器5上；
当声音与被测物体8发生共振时，查看光斑图像可以得知被测物体8是否存在损伤。
参量阵模块2包括用于接收扫频信号并将扫频信号和产生的超声波信号调制成超声波调制信号的参量阵主机21、用于发射超声波调制信号到空气中还原发声后定向发射向被测物体8的参量阵发声单元22，参量阵主机21分别与控制主机1、参量阵发声单元22连接；
控制主机1向参量阵主机21输出扫频信号，参量阵主机21接收到控制主机1的扫频后，将扫频信号和产生的超声波信号调制成超声波调制信号，参量阵主机21将超声波调制信号发送给参量阵发声单元22，参量阵发声单元22接收到参量阵主机21的超声波调制信号后，参量阵发声单元22将超声波调制信号发射到空气中还原发声并将还原发声的声音定向发射向被测物体8，声音传播到被测物体8上时与被测物体8发生共振。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种参量阵声波与激光散斑检测系统，其特征在于：包括用于在被测物体（8）上形成光斑的激光光源（3）、用于输出扫频信号的控制主机（1）、用于将扫频信号转化成超声波调制信号并将超声波调制信号发射到空气中还原发声后与被测物体（8）发生共振的参量阵模块（2）、用于拍摄被测物体（8）上的光斑图像的相机（4），控制主机（1）分别与参量阵模块（2）、相机（4）连接。
2.根据权利要求1所述的参量阵声波与激光散斑检测系统，其特征在于：参量阵模块（2）包括用于接收扫频信号并将扫频信号和产生的超声波信号调制成超声波调制信号的参量阵主机（21）、用于发射超声波调制信号到空气中还原发声后定向发射向被测物体（8）的参量阵发声单元（22），参量阵主机（21）分别与控制主机（1）、参量阵发声单元（22）连接。
3.根据权利要求1或2所述的参量阵声波与激光散斑检测系统，其特征在于：激光头部安装有用于将激光束扩大并照射被测物体（8）的透镜（31）。
4.根据权利要求3所述的参量阵声波与激光散斑检测系统，其特征在于：还包括与控制主机（1）连接并用于显示相机（4）拍摄的光斑图像的显示器（5）。
5.根据权利要求1或2或4所述的参量阵声波与激光散斑检测系统，其特征在于：还包括用于保存相机（4）拍摄的光斑图像的存储器（7），存储器（7）与控制主机（1）连接。
6.根据权利要求5所述的参量阵声波与激光散斑检测系统，其特征在于：还包括用于打印光斑图像的打印机（6），打印机（6）与控制主机（1）连接。
7.一种参量阵声波与激光散斑检测方法，其特征在于：包括以下内容：激光光源（3）将激光束照射向被测物体（8）并在被测物体（8）上形成光斑场；控制主机（1）向参量阵模块（2）输出扫频信号，参量阵模块（2）接收到控制主机（1）的扫频信号后，将扫频信号转换成超声波调制信号并将超声波调制信号发射到空气中还原发声，声音定向发射向被测物体（8）表面，声音在被测物体（8）上时与被测物体（8）发生共振；相机（4）持续拍摄光斑图像并将光斑图像发送给控制主机（1），控制主机（1）将光斑图像显示在显示器（5）上；当声音与被测物体（8）发生共振时，查看光斑图像可以得知被测物体（8）是否存在损伤。
8.根据权利要求7所述的参量阵声波与激光散斑检测方法，其特征在于：参量阵模块（2）包括用于接收扫频信号并将扫频信号和产生的超声波信号调制成超声波调制信号的参量阵主机（21）、用于发射超声波调制信号到空气中还原发声后定向发射向被测物体（8）的参量阵发声单元（22），参量阵主机（21）分别与控制主机（1）、参量阵发声单元（22）连接；控制主机（1）向参量阵主机（21）输出扫频信号，参量阵主机（21）接收到控制主机（1）的扫频后，将扫频信号和产生的超声波信号调制成超声波调制信号，参量阵主机（21）将超声波调制信号发送给参量阵发声单元（22），参量阵发声单元（22）接收到参量阵主机（21）的超声波调制信号后，参量阵发声单元（22）将超声波调制信号发射到空气中还原发声并将还原发声的声音定向发射向被测物体（8），声音传播到被测物体（8）上时与被测物体（8）发生共振。
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